生物质基氮掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器的应用

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1、学校代码：10259学号：156061114密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：生物质基氮掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器的应用英文题目：Synthesisofbiomass-basednitrogendopedporouscarbonmaterialsforsupercapacitor专业：化学工程学院：化学与环境工程学院研究方向：能源材料姓名：韦焕明指导教师：韩生教授2018年5月16日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。

2、允许论文被查阅和借阅。本人授权上海应用技术学院可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密年□本学位论文属于不保密□（必须在相应处打√，否则按不保密处理）学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日学位论文作者声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人

3、承担。学位论文作者签名：年月日生物质基氮掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器的应用摘要能源和环境问题是人类可持续发展的关键问题。超级电容器作为一种新型的储能设备引起人们的广泛关注。而多孔碳材料由于其具有良好的化学稳定性、低成本和好的导电能力使得广泛应用于电容器材料中。为了进一步改善多孔碳材料的电化学性能，氮元素常常被引入多孔碳材料中来增强其表面润湿性和活性位点。本课题以废弃生物质为碳源，通过额外的引入氮源制备氮掺杂多孔碳材料，主要工作如下：（1）以废弃龙眼壳为碳源、尿素为氮源，在600-900℃、氮气气氛保护下通过KOH活化2h合成氮掺杂的多

4、孔碳。得到的多孔碳具有高度发达的微孔（约0.6nm），超高比表面积（高达3260m2g-1）和2.3at.％的氮含量。所制备的多孔碳在6MKOH中、电流密度为0.5Ag-1下测试，表现出优异的电化学性能（高比容量高达322Fg-1，能量密度高达20.4Whkg-1）和良好的循环稳定性（在5000次循环后保持96.2％的比电容）。同时，我们对比了没掺杂氮元素材料的各项性能，论述了氮掺杂对材料的电化学性能的影响。这些结果表明我们制备的氮掺杂多孔碳材料在超级电容器领域具有广阔的应用前景。（2）基于氮元素对电化学性能有着重要的作用，本章致力于研究高氮

5、含量及高比表面积的多孔碳材料。以生物质荸荠为碳源，三聚氰胺为氮源，研究不同活化方式（CO2和KOH）对材料结构、比表面积的影响。结果表明，通过CO2活化的样品CO2-12-NCs-800的比表面积只有1175mg，而通过KOH活化的样品ANCs-3-700的比表面积高达3401m2g-1。在6MKOH溶液中测试样品的电化学性能，ANCs-3-700表现出346Fg-1高的比电容和22.4Whkg-1高的功率密度。除此之外，该材料也表现出优异的循环稳定性在5000个循环后还保留着大约97.6%的比容量。关键词：生物质；氮掺杂；多孔碳；高比表面积

6、；超级电容器Synthesisofbiomass-basednitrogendopedporouscarbonmaterialsforsupercapacitorAbstractEnergyandenvironmentalissuesarekeyissuesforsustainablehumandevelopment.Asanewtypeofenergystoragedevice,supercapacitorshaveattractedwidespreadattention.Theporouscarbonmaterialiswidelyuse

7、dincapacitormaterialsbecauseofitsgoodchemicalstability,lowcostandgoodelectricalconductivity.Inordertofurtherimprovetheelectrochemicalperformanceoftheporouscarbonmaterial,nitrogenisusuallyintroducedintotheporouscarbonmaterialtoenhanceitssurfacewettabilityandactivesites.Inthi

8、stopic,wastebiomassisacarbonsource,andnitrogen-dopedporouscarbonmaterialsareprepar